DE102013114190A1

DE102013114190A1 - Verfahren und System zur thermischen Speicherung in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102013114190A1
Application number: DE102013114190.0A
Authority: DE
Inventors: Paul S. Lombardo; Lawrence P. Ziehr; Matthew Simonini
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2014-07-31
Also published as: US20140174707A1; CN104085271A; CN104085271B

Abstract

Es ist ein Verfahren zum Laden einer Vorrichtung zur thermischen Speicherung eines Wärmepumpensystems zur thermischen Speicherung in einem Fahrzeug vorgesehen. Das Verfahren umfasst ein Vergleichen einer Ist-Temperatur der Vorrichtung zur thermischen Speicherung mit einer Zieltemperatur und einer Ist-Ladezeit mit einer verfügbaren Ladezeit, wobei der Vergleich durch einen Controller ausgeführt wird. Die Zieltemperatur kann auf der Umgebungslufttemperatur und der Umgebungsluftfeuchte basieren. Die Ist-Ladezeit ist diejenige Zeit, die es benötigt, um die Vorrichtung zur thermischen Speicherung auf die Zieltemperatur zu laden. Die verfügbare Ladezeit ist die Differenz zwischen der gegenwärtigen Zeit und einer beabsichtigten Abfahrtzeit. Wenn die Zieltemperatur größer als die Ist-Temperatur ist und die verfügbare Ladezeit gleich oder größer als die Ist-Ladezeit ist, kann der Controller die Vorrichtung zur thermischen Speicherung laden, bis die Ist-Temperatur gleich der Zieltemperatur ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Speichern thermischer Energie in einem Fahrzeug, wie einem Hybridelektrofahrzeug (HEV) oder einem Plug-In-Hybridelektrofahrzeug (PHEV) sowie ein System zum Implementieren des Verfahrens.
HINTERGRUND
Ein Elektrofahrzeug, wie ein Hybridelektrofahrzeug (HEV), ein Einsteck- bzw. Plug-In-Hybridelektrofahrzeug (PHEV) oder dergleichen weist allgemein einen Elektromotor auf, der das Fahrzeug allein in einem Elektrofahrzeug-(EV)- oder ladungsabreichernden Fahrmodus antreiben kann. Das Fahrzeug kann auch eine Brennkraftmaschine (ICE) aufweisen, die als das primäre Antriebssystem des Fahrzeugs in einem reichweitenverlängernden Modus dient oder in Verbindung mit dem Elektromotor in einem hybrid- oder ladungserhaltenden Modus arbeitet.
Der Elektromotor empfängt allgemein elektrische Leistung von einer elektrischen Leistungsquelle, wie einem Energiespeichersystem (ESS). Das ESS kann eine Batteriepackung oder ein anderes wiederaufladbares Energiespeichermittel aufweisen, das in der Lage ist, große Mengen an thermischer Energie zu speichern. Das ESS kann die thermische Energie speichern, wenn das Fahrzeug mit einer externen Leistungsquelle, wie einem elektrischen Stromnetz, zum Laden verbunden ist. Bei kälteren Umgebungstemperaturen reichert die Ladung aufgrund verschiedener Faktoren schneller ab.
Das ESS kann in Verbindung mit einem System zum thermischen Management verwendet werden, wie einem Wärmepumpensystem, um die gespeicherte thermische Energie an ein anderes Medium für andere Zwecke zu übertragen, wie zum Erwärmen eines Fahrgastraums des Fahrzeugs.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist ein Verfahren zum Laden einer Vorrichtung zur thermischen Speicherung eines Wärmepumpensystems zur thermischen Speicherung in einem Fahrzeug vorgesehen. Das Fahrzeug weist allgemein einen inaktiven Ladezustand, bei dem das Fahrzeug abgeschaltet ist und mit einer externen Leistungsquelle zum Laden verbunden werden kann, sowie einen aktiven Fahrzustand auf. Das Verfahren wird angewendet, wenn das Fahrzeug aus dem aktiven Fahrzustand in den in aktiven Ladezustand geschaltet wird.
Das Verfahren umfasst zunächst ein Messen einer Ist-Temperatur der Vorrichtung zur thermischen Speicherung. Das Verfahren umfasst dann ein Ermitteln einer Zieltemperatur für die Vorrichtung zur thermischen Speicherung. Dies kann durch einen Controller in dem Wärmepumpensystem zur thermischen Speicherung ausgeführt werden. Der Controller kann bestimmte Parameter analysieren, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Umgebungslufttemperatur sowie Umgebungsluftfeuchte, um die optimale Zieltemperatur zu ermitteln. Die Umgebungslufttemperatur und -feuchte können von einem Temperatursensor bzw. einem Feuchtesensor gemessen werden. Der Temperatursensor und der Feuchtesensor sind derart konfiguriert, ihre jeweiligen Messungen zu nehmen und diese Messungen an den Controller zu senden.
Das Verfahren umfasst ferner ein Ermitteln einer Ist-Ladezeit, die erforderlich ist, um die Vorrichtung zur thermischen Speicherung auf die Zieltemperatur zu erhitzen. Der Controller kann die Ist-Ladezeit aufgrund bestimmter Faktoren ermitteln, wie der elektrischen Leistungsquelle und dem Typ an Vorrichtung zur thermischen Speicherung. Das Verfahren umfasst dann ein Ermitteln einer verfügbaren Ladezeit. Der Controller ermittelt die verfügbare Ladezeit durch Berechnen der Differenz zwischen einer gegenwärtigen Zeit und einer Abfahrtzeit. Die gegenwärtige Zeit ist die Zeit, bei der das Fahrzeug in den inaktiven Ladezustand eintritt. Die Abfahrtzeit ist die Zeit, bei der beabsichtigt ist, das Fahrzeug wieder in den aktiven Fahrzustand zu bringen. Die Abfahrtzeit kann von dem Prozessor über ein Eingabemodul übertragen werden.
Das Verfahren umfasst ferner ein Vergleichen der Ist-Temperatur der Vorrichtung zur thermischen Speicherung mit der Zieltemperatur sowie der Ist-Ladezeit mit der verfügbaren Ladezeit. Wenn die Zieltemperatur größer als die Ist-Temperatur ist und die verfügbare Ladezeit gleich oder größer als die Ist-Ladezeit ist, dann kann der Controller ein Laden auslösen.
Ein Wärmepumpensystem zur thermischen Speicherung eines Fahrzeugs, das das obige Verfahren implementiert, ist ebenfalls vorgesehen. Wiederum besitzt das Fahrzeug allgemein einen inaktiven Ladezustand sowie einen aktiven Fahrzustand. Das Wärmepumpensystem zur thermischen Speicherung weist allgemein einen Kühlmittelkreislauf, eine Vorrichtung zur thermischen Speicherung, die in dem Kühlmittelkreislauf angeordnet ist, sowie einen Controller auf. Der Kühlmittelkreislauf ist derart konfiguriert, ein Kühlmittel, insbesondere durch die Vorrichtung zur thermischen Speicherung, zu zirkulieren, um Wärme davon zu entfernen. Die Vorrichtung zur thermischen Speicherung ist derart konfiguriert, thermische Energie zu speichern, wenn sie geladen wird, sobald sich das Fahrzeug in dem inaktiven Ladezustand befindet. Der Controller ist derart konfiguriert, um aufgrund des oben beschriebenen Verfahrens zu ermitteln, ob die Vorrichtung zur thermischen Speicherung zu laden ist, wenn sich das Fahrzeug in dem inaktiven Ladezustand befindet. Der Controller ist ferner derart konfiguriert, ein Laden aufgrund seiner Ermittlung, ob die Vorrichtung zur thermischen Speicherung zu laden ist, auszulösen und zu beenden.
Das Wärmepumpensystem zur thermischen Speicherung kann auch einen Temperatursensor, einen Feuchtesensor sowie ein Eingabemodul aufweisen. Der Temperatursensor kann derart konfiguriert sein, die Umgebungslufttemperatur zu messen und die Messung an den Controller zu übertragen. Gleichermaßen kann der Feuchtesensor derart konfiguriert sein, die Umgebungsluftfeuchte zu messen und die Messung an den Controller zu übertragen. Das Eingabemodul kann derart konfiguriert sein, die Abfahrtzeit an den Controller zu übertragen.
Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung einiger der besten Arten und anderen Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung, die ausschließlich durch die angefügten Ansprüche definiert ist, in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Schaubild eines Wärmepumpensystems zur thermischen Speicherung, das eine Vorrichtung zur thermischen Speicherung aufweist;
2 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zur thermischen Speicherung in der Vorrichtung zur thermischen Speicherung während des Ladens;
3 ist ein schematisches Flussdiagramm, das einen Schritt des Verfahrens von 2 zeigt;
4 ist ein schematisches Flussdiagramm, das einen anderen Schritt des Verfahrens von 2 zeigt; und
5 und 6 sind Graphen, die die Ermittlung einer Zieltemperatur der Vorrichtung zur thermischen Speicherung in den Verfahren der 2 bis 4 zeigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung und Figuren betreffen beispielhafte Ausführungsformen und sind lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung oder Gebräuche zu beschränken. In den Figuren sind einige Komponenten mit standardisierten oder grundsätzlichen Symbolen gezeigt. Diese Symbole sind nur repräsentativ und veranschaulichend und in keiner Weise für irgendeine spezifische Konfiguration, die gezeigt ist, Kombinationen zwischen den verschiedenen Konfigurationen, die gezeigt sind, oder die Ansprüche beschränkend. Alle Beschreibungen von Komponenten sind mit offenem Ende zu verstehen und jegliche Beispiele von Komponenten sind nicht erschöpfend.
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten, wo immer möglich, in den verschiedenen Figuren entsprechen, ist ein Wärmepumpensystem 100 zur thermischen Speicherung zur Verwendung in einem Fahrzeug 101, das ein Hybridelektrofahrzeug (HEV), ein Plug-In-Hybridelektrofahrzeug (PHEV) oder dergleichen aufweist, jedoch nicht darauf beschränkt ist, in 1 gezeigt. Das Fahrzeug 101 kann selektiv in einem Reichweitenverlängerungsmodus, einem hybrid- oder ladungserhaltenden Modus und einem Elektrofahrzeug-(EV)- oder ladungsabreichernden Fahrmodus betrieben werden. In einem Reichweitenverlängerungsmodus arbeitet eine Brennkraftmaschine (ICE) 119, wie nachfolgend beschrieben ist, als das ausschließliche Antriebssystem für das Fahrzeug 101. In einem Hybridmodus arbeitet das Fahrzeug 101 unter Verwendung von sowohl elektrischer Leistung von einem Elektromotor (nicht gezeigt) als auch Leistung von der Brennkraftmaschine 119. In dem EV-Fahrmodus arbeitet das Fahrzeug 101 ausschließlich mit Elektrizität.
Das Wärmepumpensystem 100 zur thermischen Speicherung weist allgemein eine Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung sowie einen ersten Kühlmittelkreislauf 104 auf, in welchem die Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung angeordnet ist. Die Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung kann ein beliebiges Medium, eine beliebige Vorrichtung, eine beliebige Maschine oder dergleichen sein, die in der Lage ist, thermische Energie zu erzeugen und zu speichern. Beispielsweise kann die Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung ein Energiespeichersystem (ESS) sein, das zumindest eine Batterie oder eine Batteriepackung aufweist.
Der erste Kühlmittelkreislauf 104 ist derart konfiguriert, ein erstes Kühlmittel insbesondere durch oder in Wärmeaustauschbeziehung mit der Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung zu zirkulieren, um Wärme davon zu entfernen. Die Wärme kann an einen Fahrgastraum 102 des Fahrzeugs 101 übertragen werden, um den Fahrgastraum 102 zu erwärmen, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist.
Das Wärmepumpensystem 100 zur thermischen Speicherung kann ferner einen zweiten Kühlmittelkreislauf 105 und einen Kältekreislauf 106 aufweisen. Der zweite Kühlmittelkreislauf 105 und der Kältekreislauf 106 können derart konfiguriert sein, ein zweites Kühlmittel bzw. ein Kältemittel zu zirkulieren.
Der Kältekreislauf 106 kann in thermischer Kommunikation mit dem ersten Kühlmittelkreislauf 104 und dem zweiten Kühlmittelkreislauf 105 über einen ersten Wärmetauscher 107 bzw. einen zweiten Wärmetauscher 108 stehen. Der erste Wärmetauscher 107 kann ein Kühlerwärmetauscher von Kältemittel auf Flüssigkeit sein, der als ein Wärmepumpenverdampfer funktionieren kann, um Wärme von dem ersten Kühlmittel in dem ersten Kühlmittelkreislauf 104 auf das Kältemittel in dem Kältekreislauf 106 zu dissipieren. Der zweite Wärmetauscher 108 kann ebenfalls ein Wärmetauscher von Kältemittel auf Flüssigkeit sein, der als ein Wärmepumpenkondensator funktionieren kann, um Wärme von dem Kältemittel in dem Kältekreislauf 106 auf das zweite Kühlmittel in dem zweiten Kühlmittelkreislauf 105 zu dissipieren.
Der erste Kühlmittelkreislauf 104 kann einen Heizer 109 aufweisen. Der Heizer 109 kann derart konfiguriert sein, das erste Kühlmittel in dem ersten Kühlmittel 104 zu erhitzen, das an die Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung strömt, wobei die Wärme abgeschieden und gespeichert werden kann. Der Heizer 109 kann, ist jedoch nicht darauf beschränkt, eine Widerstandsheizeinrichtung sein.
Der Kältemittelkreislauf 106 kann einen Kompressor 110 aufweisen, der stromabwärts des ersten Wärmetauschers 107 und stromaufwärts des zweiten Wärmetauschers 108 angeordnet ist. Der Kompressor 110 kann derart konfiguriert sein, das Kältemittel zu komprimieren.
Der Kältekreislauf 106 kann ferner eine erste Vorrichtung 111 zur thermischen Expansion, eine zweite Vorrichtung 112 zur thermischen Expansion, einen dritten Wärmetauscher 113 und einen vierten Wärmetauscher 114 aufweisen. Die erste Vorrichtung 111 zur thermischen Expansion und die zweite Vorrichtung 112 zur thermischen Expansion können stromabwärts des zweiten Wärmetauschers 108 angeordnet sein und derart konfiguriert sein, dass Kältemittel zur Verteilung an den ersten Wärmetauscher 107 bzw. den dritten Wärmetauscher 113 zu kühlen und zu expandieren. Die erste Vorrichtung 111 zur thermischen Expansion und die zweite Vorrichtung 112 zur thermischen Expansion können thermostatische Ventile oder Ventile zur thermischen Expansion sein und können entweder elektronisch oder mechanisch betätigt sein.
Der dritte Wärmetauscher 113 kann ein Wärmetauscher von Umgebung auf Kältemittel sein, der als ein Kabinenverdampfer funktionieren kann. Er kann derart konfiguriert sein, Wärme von dem Kältemittel, das durch diesen strömt, auf Luft, die über diesen strömt, und in den Fahrgastraum 102 zu tauschen, um den Fahrgastraum 102 zu kühlen und zu entfeuchten. Der vierte Wärmetauscher 114 kann ein Wärmetauscher von Kältemittel auf Umgebung sein und kann als ein Kondensator für ein Klimaanlagen-(A/C)-System (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 101 funktionieren.
Der Kältekreislauf 106 kann ferner eine Mehrzahl von Strömungssteuerventilen 115, 116, 117 und 118 aufweisen. Die Strömungssteuerventile 115, 116, 117 und 118 können derart konfiguriert sein, die Strömung an die verschiedenen Komponenten in dem Kältekreislauf 106 zu steuern. Es sei angemerkt, dass die Strömung Steuerventile 115, 116, 117 und 118 ein beliebiges Ventil sein können, das in der Lage ist, die Strömung von Kältemittel in einer bestimmten Leitung zu beschränken. Die Strömungssteuerventile 115, 116, 117 und 118 können, sind jedoch nicht darauf beschränkt, offene/geschlossene Ventile mit zwei Positionen oder alternativ modulierende Ventile sein.
Der zweite Kühlmittelkreislauf 105 kann die Brennkraftmaschine 119, wie oben erwähnt ist, und einen Heizerkern 120 aufweisen. Die Brennkraftmaschine 119 kann Wärme in diesem aus einem Betrieb aufweisen. Die Wärme kann in dem zweiten Kühlmittel vorliegen, wodurch die Brennkraftmaschine 119 gekühlt wird. Der Kühlmittelheizerkern 120 kann derart konfiguriert sein, das zweite Kühlmittel aufzunehmen, um Luft zu erwärmen, die durch den dritten Wärmetauscher 113 entfeuchtet wurde, wodurch Wärme, die in der Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung gespeichert ist, effektiv an den Fahrgastraum 102 übertragen wird.
Der zweite Kühlmittelkreislauf 105 kann ferner ein Bypassventil 121 und eine Bypassleitung 122 aufweisen. Das Bypassventil 121 ist derart konfiguriert, das zweite Kühlmittel selektiv an die Brennkraftmaschine 119 zu lenken, um diese zu kühlen, wenn sich das Fahrzeug 101 in einem Hybridmodus befindet, oder an die Bypassleitung 122 zu lenken, wenn sich das Fahrzeug 101 in dem EV-Fahrmodus befindet. Während das Bypassventil 121 in 1 als ein Dreiwegeventil mit zwei Positionen gezeigt ist, sei angemerkt, dass das Bypassventil 121 ein beliebiges Dreiwegeventil sein kann, das derart konfiguriert ist, die Strömung selektiv an die Brennkraftmaschine 119 und/oder die Bypassleitung 122 zu lenken. Bei einer alternativen Ausführungsform, die nicht gezeigt ist, können anstatt eines Dreiwegeventils zwei separate Strömungssteuerventile, eines jeweils an der Bypassleitung 122 und dem zweiten Kühlmittelkreislauf 105 stromabwärts der Entnahme für die Bypassleitung 122 vorgesehen sein.
Das Wärmepumpensystem 100 zur thermischen Speicherung kann auch zumindest einen Controller 123 aufweisen, um den Betrieb des Wärmepumpensystems 100 zur thermischen Speicherung zu steuern. Insbesondere kann der Controller 123 das Laden und Erwärmen der Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung auf Grundlage bestimmter Parameter steuern, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Feuchte, Umgebungslufttemperatur, Tageszeit, der beabsichtigten Abfahrtzeit, bei der das Fahrzeug 101 aus dem inaktiven Ladezustand in den aktiven Fahrzustand wieder eintritt, und dergleichen, wie in 2 bis 6 gezeigt und nachfolgend detaillierter beschrieben ist.
Der Controller 123 kann elektrisch mit dem Wärmepumpensystem 100 zur thermischen Speicherung über zumindest eine elektrische Verbindung verbunden sein. Der Controller 123 kann derart konfiguriert sein, mit der Heizung 109 zu kommunizieren, um die Menge an Wärmeenergie zur Speicherung in der Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung, d. h. die Zieltemperatur für die Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung zu steuern. Der Controller 123 kann auch derart konfiguriert sein, mit Information von Zusatzvorrichtungen zu kommunizieren und Information von nebengeordneten Vorrichtungen aufzunehmen, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, einem Temperatursensor 124, einem Feuchtesensor 125 und einem Eingangsmodul 126. Der Controller 123 kann die von diesen Vorrichtungen empfangene Information verarbeiten, um die Zieltemperatur für die Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung zu ermitteln und die Heizung 109 und andere Vorrichtungen entsprechend zu steuern. Der Controller 123 kann ferner derart konfiguriert sein, den Kompressor 110, die erste und zweite Vorrichtung 111 und 112 für thermische Expansion, die Strömungssteuerventile 115, 116, 117 und 118, jegliche andere Vorrichtungen in dem Wärmepumpensystem 100 zur thermischen Speicherung und beliebige andere Subsysteme in dem Fahrzeug 101 zu steuern.
Der Temperatursensor 124 ist eine beliebige Vorrichtung, die zum Messen der Umgebungslufttemperatur konfiguriert ist. Gleichermaßen ist der Feuchtesensor 125 eine beliebige Vorrichtung, die derart konfiguriert ist, die Feuchte der Umgebungsluft zu messen. Das Eingangsmodul 126 kann eine Vorrichtung sein, die derart konfiguriert ist, einen Eingang oder andere Daten von einem Nutzer des Wärmepumpensystems 100 zur thermischen Speicherung aufzunehmen. Beispielsweise kann das Eingangsmodul 126 ein Mobiltelefon, ein an Bord befindlicher Computer in dem Fahrzeug 101 und dergleichen sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Der Temperatursensor 124, der Feuchtesensor 125 und das Eingangsmodul 126 können ferner derart konfiguriert sein, Daten, wie eine Messung der Umgebungslufttemperatur, Feuchtemessung und Abfahrtzeit des Fahrzeugs 101 an den Controller 123 zur Speicherung und/oder Verarbeitung zu übertragen. Der Temperatursensor 124, der Feuchtesensor 125 und das Eingangsmodul 126 können sich außerhalb des Controllers 123 befinden und die Daten durch eine verdrahtete oder drahtlose Verbindung übertragen. Bei einer anderen Ausführungsform können der Temperatursensor 124, der Feuchtesensor 125 und das Eingangsmodul 126 innerhalb des Controllers 123 vorgesehen sein. Bei einer noch weiteren Ausführungsform kann der Controller 123 derart konfiguriert sein, derartige Daten, wie die Umgebungslufttemperatur, Feuchte und die Tageszeit von einer entfernten Quelle (nicht gezeigt) über das Internet oder ein anderes Kommunikationsnetzwerk zu erhalten.
Bezug nehmend auf 2 ist ein Verfahren 200 zum Steuern des Wärmepumpensystems 100 zur thermischen Speicherung, insbesondere zum Speichern von thermischer Energie in der Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung gezeigt. Das Verfahren 200 beginnt bei Schritt 201, bei dem sich das Fahrzeug 101 in einem inaktiven Ladezustand befindet und mit einer externen Leistungsquelle, wie einem elektrischen Stromnetz, zum Laden der Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung verbunden ist. Nach Schritt 201 fährt das Verfahren 200 mit Schritt 202 fort.
Bei Schritt 202 wird eine gewünschte Zieltemperatur für die Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung ermittelt. Der Schritt 202 kann von dem Controller 123 ausgeführt werden und kann Unterschritte 202a–c aufweisen, wie in 3 gezeigt ist.
Bezug nehmend auf 3 wird bei Schritt 202a eine Umgebungslufttemperatur gemessen, was von dem Temperatursensor 124 ausgeführt werden kann. Der Temperatursensor 124 kann dann die Messung der Umgebungslufttemperatur an den Controller 123 übertragen. Bei Schritt 202b wird die Feuchte der Umgebungsluft von dem Feuchtesensor 125 gemessen. Der Feuchtesensor 125 kann dann die Feuchtemessung an den Controller 123 übertragen. Bei Schritt 202c verarbeitet der Controller 123 die Messungen der Umgebungslufttemperatur und der Feuchte, um die gewünschte Zieltemperatur für die Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung zu ermitteln. Die Zieltemperatur kann mit der Feuchte und der Umgebungslufttemperatur in Verbindung gebracht werden, wie in den Graphen der 5 bzw. 6 gezeigt ist.
Bezug nehmend auf 5 kann unterhalb einer ersten Umgebungslufttemperatur, die als t₁ bezeichnet ist, die Zieltemperatur gleich bleiben. Beispielsweise kann die Zieltemperatur konstant bleiben, wenn die Umgebungslufttemperatur –20°C und darunter ist. Jedoch kann, wenn die Umgebungslufttemperatur über t₁ zunimmt, die gewünschte Zieltemperatur abnehmen. Wenn die Umgebungslufttemperatur eine zweite Temperatur, die als t₂ bezeichnet ist, erreicht, braucht die Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung nicht geladen zu werden.
Bezug nehmend auf 6 wird die Zieltemperatur durch Feuchte bei niedrigeren Umgebungslufttemperaturen nicht signifikant beeinträchtigt, wie durch die beispielhafte Kurve der Zieltemperatur bei einer geringeren Umgebungslufttemperatur, die als t₃ bezeichnet ist, gezeigt ist. Jedoch kann bei einer höheren Umgebungslufttemperatur die Zieltemperatur beginnen, mit zunehmender Feuchte abzunehmen, wie durch die beispielhafte Kurve der Zieltemperatur bei der höheren Umgebungslufttemperatur, die als t₄ bezeichnet ist, gezeigt ist. Beispielsweise kann, wenn die Umgebungslufttemperatur 10°C beträgt, die Zieltemperatur bei 50% Feuchte abzunehmen beginnen. Ferner braucht bei einer bestimmten Temperatur und Feuchte die Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung nicht geladen zu werden.
Diese Beziehungen zwischen der Zieltemperatur und der Umgebungslufttemperatur und/oder Feuchte können in dem Controller 123 programmiert sein. Daher kann, wenn der Controller 123 Messungen der Umgebungslufttemperatur und der Feuchte von dem Temperatursensor 124 bzw. dem Feuchtesensor 125 aufnimmt, der Controller 123 die geeignete Zieltemperatur für die Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung ermitteln. Diese Beziehungen können einstellbar sein.
Zurück Bezug nehmend auf 2 fährt das Verfahren 200 nach Schritt 202 mit Schritt 203 fort. Bei Schritt 203 wird die Ist-Temperatur der Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung gemessen. Die Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung kann einen Temperatursensor (nicht gezeigt) aufweisen, der derart konfiguriert ist, die Temperatur der Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung zu lesen und diese an den Controller 123 zu übertragen.
Nach Schritt 203 fährt das Verfahren 200 mit Schritt 204 fort. Bei Schritt 204 ermittelt der Controller 123, ob die Ist-Temperatur der Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung kleiner als die Zieltemperatur ist. Wenn dies der Fall ist, fährt das Verfahren 200 mit Schritt 205 fort. Ansonsten fährt das Verfahren 200 mit Schritt 209 fort, bei dem das Verfahren 200 endet.
Bei Schritt 205 ermittelt der Controller 123 die Ist-Ladezeit, die notwendig ist, um die Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung auf die Zieltemperatur, die bei Schritt 202 ermittelt ist, aufzuheizen. Dies kann von gewissen Faktoren abhängig sein, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, der externen Leistungsquelle, mit der das Fahrzeug 101 zum Laden verbunden ist, z. B. ob sie 110 V oder 220 V aufweist, und dem Typ der Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung, z. B. ihrer Charakteristiken zur Speicherung thermischer Energie.
Nach Schritt 205 fährt das Verfahren 200 mit Schritt 206 fort. Bei Schritt 206 ermittelt der Controller 123 die verfügbare Ladezeit, die die Zeitdauer, die verfügbar ist, bevor beabsichtigt ist, das Fahrzeug 101 aus dem inaktiven Ladezustand zurück in den aktiven Fahrzustand zu bringen, oder die Abfahrtzeit ist. Dies kann mehrere Unterschritte 206a–b aufweisen, wie in 4 gezeigt ist.
Bezug nehmend auf 4 empfängt bei Schritt 206a das Eingangsmodul 126 die beabsichtigte Abfahrtzeit des Fahrzeugs 101, wie durch einen Anwender des Wärmepumpensystems 100 zur thermischen Speicherung eingegeben wird. Das Eingangsmodul 126 kann dann die Abfahrtzeit an den Controller 123 übertragen. Bei Schritt 206b ermittelt der Controller 123 die verfügbare Ladezeit durch Subtraktion der Abfahrtzeit von der gegenwärtigen Zeit. Die gegenwärtige Zeit kann in den Controller 123 vorprogrammiert sein oder kann von dem Nutzer über das Eingangsmodul 126 eingegeben werden. Alternativ dazu kann, wie oben erläutert ist, der Controller 123 derart konfiguriert sein, die gegenwärtige Zeit von einer entfernten Quelle (nicht gezeigt) über das Internet oder ein anderes Kommunikationsnetzwerk abzufragen.
Zurück Bezug nehmend auf 2 fährt das Verfahren 200 nach Schritt 206 mit Schritt 207 fort. Bei Schritt 207 ermittelt der Controller 123, ob die verfügbare Ladezeit gleich oder größer als die Ist-Ladezeit ist. Wenn dies der Fall ist, fährt das Verfahren 200 dann mit Schritt 208 fort. Ansonsten fährt das Verfahren 200 mit Schritt 209 fort, bei dem das Verfahren 200 endet.
Bei Schritt 208 löst der Controller 123 ein Laden der Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung aus, bis die Ist-Temperatur der Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung gleich der Zieltemperatur ist. An diesem Punkt fährt das Verfahren 200 mit Schritt 209 fort, bei dem das Verfahren 200 endet.
Allgemein können Verluste während des Speicherns thermischer Energie in dem Medium 103 zur thermischen Speicherung aufgrund einer Überladung des Mediums 103 zur thermischen Speicherung oder einem thermischen Laden zu einem Zeitpunkt, zu welchem es unnötig ist, dies zu machen, auftreten. Das Wärmepumpensystem 100 zur thermischen Speicherung und das Verfahren 200 erlauben eine optimale thermische Ladung der Vorrichtung 103 zur thermischen Speicherung, die insbesondere bei geringeren Umgebungslufttemperaturen nützlich sein kann, wenn die Ladung des Mediums zur thermischen Speicherung mit einer schnelleren Rate abreichert.
Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Erfindung, jedoch ist der Schutzumfang der Erfindung ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Moden und anderen Ausführungsformen zur Ausführung der beanspruchten Erfindung detailliert beschrieben worden sind, sind verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung, wie in den angefügten Ansprüchen definiert ist, vorhanden.

Claims

Verfahren zum Laden einer Vorrichtung zur thermischen Speicherung eines Wärmepumpensystems zur thermischen Speicherung in einem Fahrzeug, das einen inaktiven Ladezustand und einen aktiven Fahrzustand aufweist, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Ist-Temperatur der Vorrichtung zur thermischen Speicherung gemessen wird; durch einen Controller eine Zieltemperatur für die Vorrichtung zur thermischen Speicherung ermittelt wird; durch den Controller eine Ist-Ladezeit zum Heizen der Vorrichtung zur thermischen Speicherung auf die Zieltemperatur ermittelt wird; durch den Controller eine verfügbare Ladezeit zum Heizen der Vorrichtung zur thermischen Speicherung auf die Zieltemperatur ermittelt wird; und durch den Controller die Ist-Temperatur mit der Zieltemperatur und die Ist-Ladezeit mit der verfügbaren Ladezeit verglichen werden; wobei die Vorrichtung zur thermischen Speicherung derart konfiguriert ist, thermische Energie zu speichern, wenn sie geladen wird, sobald sich das Fahrzeug in dem inaktiven Ladezustand befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung zur thermischen Speicherung ein Energiespeichersystem (ESS) ist, das zumindest eine Batteriepackung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit einem Laden der Vorrichtung zur thermischen Speicherung, wenn die Zieltemperatur größer als die Ist-Temperatur ist, und wenn die verfügbare Ladezeit gleich oder größer als die Ist-Ladezeit ist, bis die Ist-Temperatur gleich der Zieltemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln der Zieltemperatur ein Messen der Umgebungslufttemperatur, um eine Messung der Umgebungslufttemperatur zu erhalten, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Ermitteln der Zieltemperatur ferner ein Übertragen der Messung der Umgebungslufttemperatur an den Controller umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Messen der Umgebungslufttemperatur und das Übertragen der Messung der Umgebungslufttemperatur an den Controller durch einen Temperatursensor ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Ermitteln der Zieltemperatur ferner ein Messen der Umgebungsluftfeuchte, um eine Feuchtemessung zu erhalten, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Ermitteln der Zieltemperatur ferner ein Übertragen der Feuchtemessung an den Controller umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Messen der Umgebungsluftfeuchte und das Übertragen der Feuchtemessung an den Controller durch einen Feuchtesensor ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln der verfügbaren Ladezeit ein Berechnen der Differenz zwischen einer gegenwärtigen Zeit und einer Abfahrtzeit umfasst, wobei die gegenwärtige Zeit diejenige Zeit ist, wenn das Fahrzeug in den inaktiven Ladezustand eintritt, und die Abfahrtzeit diejenige Zeit ist, wenn beabsichtigt wird, das Fahrzeug von dem inaktiven Ladezustand in den aktiven Fahrzustand zu schalten.